專利名稱：電子設(shè)備冷卻用微型制冷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種微型蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)，具體是一種由微型制冷壓縮機(jī)、 微型冷凝器和微型蒸發(fā)器等部件所組成，可對大功率的集成電路、晶體管、MOSFET、LED、激 光器等電子元器件進(jìn)行直接蒸發(fā)冷卻的制冷裝置。
背景技術(shù)：
常規(guī)的電子設(shè)備冷卻方式有空氣自然對流冷卻、風(fēng)扇強(qiáng)制空氣對流冷卻、熱管散 熱冷卻、液冷冷卻(一般是水冷)等。空氣自然對流冷卻方式是是依靠空氣的流動將熱量散發(fā)到周圍的介質(zhì)中去，從而 達(dá)到散熱的目的?？諝庾匀粚α鲿r的散熱量是很低的，最大約為0.08W/cm2。當(dāng)熱流密度較 大時，空氣自然對流冷卻顯然不能滿足電子設(shè)備的冷卻要求，必須依靠風(fēng)扇來冷卻，即強(qiáng)迫 對流空氣冷卻。空氣強(qiáng)迫對流冷卻方式由于設(shè)計簡單、使用方便以及低廉的成本等優(yōu)點得到了很 廣泛的應(yīng)用，是目前電子元件最常用的散熱方式。其普通結(jié)構(gòu)是散熱器加風(fēng)扇的形式，該結(jié) 構(gòu)雖然實施方便，成本較低，但其散熱能力也有限。只能達(dá)到0.3 1.6 W/cm2。隨著集成電路集成度的不斷提高，其耗散功率也不斷加大，如現(xiàn)今單片集成電路 的耗散功率已達(dá)200W以上，以上常規(guī)的冷卻方式已不能滿足大功率芯片散熱的需要。而集 成電路一旦散熱不良，將導(dǎo)致芯片結(jié)溫升高，電路工作不穩(wěn)定，有時甚至?xí)?dǎo)致芯片燒毀、 電路著火等嚴(yán)重事故。因此必須尋找其它的具有高熱流密度的冷卻方式。在液冷冷卻中，目前應(yīng)用得較多的是水冷冷卻。熱量從芯片經(jīng)導(dǎo)熱傳遞給水冷板。 然后依靠水冷板中流動的水將熱量帶走。水冷方式的傳熱功率大，但是由于增加了額外的 連接管以及水泵等輸送裝置，對系統(tǒng)的密封性要求很高。因為水的比熱雖大，但是其導(dǎo)電率 也高，一旦水冷板或管路發(fā)生泄漏，將會造成電路短路。目前已開發(fā)出一些低導(dǎo)電率的流 體，但是低導(dǎo)電率的流體其導(dǎo)熱率卻很差。而以上幾種冷卻方式都不能使被冷卻電子元件的溫度低于環(huán)境溫度。采用蒸汽壓縮式制冷方式來對芯片進(jìn)行冷卻具有其它冷卻方式不可比擬的優(yōu)點。 制冷冷卻也是唯一可使被冷卻對象的溫度低于環(huán)境溫度的冷卻方式。此外蒸汽壓縮式制冷 具有熱流密度大、效率高、溫度可控、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。使用蒸汽壓縮式制冷方式進(jìn)行冷卻 的關(guān)鍵是壓縮機(jī)，而微型壓縮機(jī)的出現(xiàn)使得對電子元件進(jìn)行直接蒸發(fā)冷卻成為可能。因此，針對電子元件進(jìn)行直接冷卻的制冷裝置成為研究對象。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決上述現(xiàn)有針對電子元器件冷卻的設(shè)備要么熱流密度不夠大， 要么結(jié)構(gòu)繁雜，溫度不可控并且難以低于環(huán)境溫度的問題，而提供一種能夠直接對電子元 器件進(jìn)行蒸發(fā)冷卻的電子設(shè)備冷卻用微型制冷器。本實用新型是通過以下方案實現(xiàn)的[0012]上述的電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，包括裝配在底板上的微型壓縮機(jī)、冷凝器、電 子膨脹閥、蒸發(fā)器、過濾器及微電腦控制系統(tǒng)；所述的微型壓縮機(jī)、冷凝器、電子膨脹閥、蒸 發(fā)器和過濾器依次通過連接管密封連接，形成封閉的回路，制冷劑在其中循環(huán)流動；所述蒸 發(fā)器表面貼合被冷卻部件。所述蒸發(fā)器表面與被冷卻部件的接觸面涂抹有導(dǎo)熱硅脂。所述冷凝器通過第一連接管和第二連接管分別連接所述微型壓縮機(jī)和電子膨脹 閥；所述蒸發(fā)器通過第三連接管和第四連接管分別連接所述電子膨脹閥和過濾器；所述過 濾器通過第五連接管連接微型壓縮機(jī)。所述第一、第二、第三、第四及第五連接管為銅管。所述微型壓縮機(jī)為直流滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，由所述控制系統(tǒng)的控制驅(qū)動。所述冷凝器為平行流式換熱器。所述電子膨脹閥采用電磁式電子膨脹閥或步進(jìn)電機(jī)式電子膨脹閥。所述蒸發(fā)器是單流體的換熱器。所述微電腦控制系統(tǒng)包括固定于所述底板的主控板和驅(qū)動板；所述驅(qū)動板驅(qū)動所 述壓縮機(jī)的電機(jī)按一定的轉(zhuǎn)速運行；該轉(zhuǎn)速大小由所述主控板所發(fā)出的(T5V電壓信號決 定；所述主控板控制整個系統(tǒng)的運行，包括所述壓縮機(jī)、冷凝器的啟停以及電子膨脹閥的開 關(guān)動作控制，并根據(jù)蒸發(fā)器表面溫度的變化，實時調(diào)整向所述驅(qū)動板發(fā)出的電壓控制信號。本實用新型的微型制冷器能夠直接針對被冷卻部件降溫，熱流密度大；由于采用 微電腦控制系統(tǒng)控制，從而具有溫度可控、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，可輕易達(dá)到環(huán)境溫度以下，不 僅可以用于芯片的冷卻，也可以用于LED、光學(xué)組件等元器件的冷卻。

圖1是本實用新型的電子設(shè)備用微型制冷器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的電子設(shè)備用微型制冷器裝配冷卻盒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的電子設(shè)備用微型制冷器裝配冷卻盒的爆炸圖。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，包括裝配在底板 8上的微型壓縮機(jī)1、冷凝器2、電子膨脹閥3、蒸發(fā)器4、過濾器5及微電腦控制系統(tǒng)6 ；其中 微型壓縮機(jī)1、冷凝器2、電子膨脹閥3、蒸發(fā)器4和過濾器5依次通過連接管密封連接，形成 循環(huán)封閉的回路，制冷劑在其中循環(huán)流動。微型壓縮機(jī)1為24V直流滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)。壓縮機(jī)1的電機(jī)是永磁無刷直流電 機(jī)，通過控制系統(tǒng)6驅(qū)動。微型壓縮機(jī)1通過第一連接管11密封連接冷凝器2。冷凝器2為風(fēng)冷高效率平行流式換熱器，通過第二連接管21密封連接電子膨脹閥 3。電子膨脹閥3采用電磁式電子膨脹閥或步進(jìn)電機(jī)式電子膨脹閥，可精確調(diào)節(jié)制冷 劑的流量；通過第三連接管31密封連接蒸發(fā)器4。蒸發(fā)器4是一種單流體的換熱器，通過制冷劑在其中蒸發(fā)制冷，吸收與蒸發(fā)器4表 面緊密接觸的電子元器件7的熱量。蒸發(fā)器4通過第四連接管41密封連接過濾器5 ；過濾器5通過第五連接管(圖未示)密封連接微型壓縮機(jī)1，至此形成完整的封閉 回路。[0029]微電腦控制系統(tǒng)6包括主控板61和驅(qū)動板62。驅(qū)動板62用于驅(qū)動壓縮機(jī)1的電 機(jī)，使其按一定的轉(zhuǎn)速運行；轉(zhuǎn)速的大小是由主控板61所發(fā)出的(T5V電壓信號決定的。主 控板61用于控制整個系統(tǒng)的運行，包括壓縮機(jī)1、冷凝器2風(fēng)扇的啟?？刂?，以及電磁閥3 的開關(guān)動作控制，并根據(jù)蒸發(fā)器4表面溫度的變化，實時調(diào)整向驅(qū)動板62發(fā)出的電壓控制 信號的大小，使壓縮機(jī)1作變轉(zhuǎn)速運行。主控板61和驅(qū)動板62均固定底板8上，以借助底 板8的散熱作用，保證主控板61和驅(qū)動板62的溫度不致過高。微型制冷系統(tǒng)中制冷劑的流向是壓縮機(jī)1 —冷凝器2 —電子膨脹閥3 —蒸發(fā)器 4 —過濾器5 —壓縮機(jī)1。制冷劑依次流經(jīng)各部件，構(gòu)成一個閉合回路；連接上述各部件的
第一、第二、第三、第四及第五連接管為銅管結(jié)構(gòu)，采用釬焊連接。應(yīng)用時，蒸發(fā)器4表面與被冷卻電子元器件7緊貼，在接觸面涂抹導(dǎo)熱硅脂，以利 導(dǎo)熱。蒸發(fā)器4的進(jìn)口通過第三連接管31與電子膨脹閥3連接，以接受來自冷凝器2并膨 脹后的制冷劑；制冷劑在蒸發(fā)器4中蒸發(fā)制冷，帶走被冷卻電子元器件7的熱量；制冷劑蒸 發(fā)后變成氣體，經(jīng)蒸發(fā)器4的出口通過第四連接管M進(jìn)入壓縮機(jī)1的吸氣管。為了提高裝配性能，在蒸發(fā)器4處增設(shè)一冷卻盒9，如圖2、圖3所示，蒸發(fā)器4固 定在冷卻盒9的后端，被冷卻電子元器件7收容于冷卻盒9內(nèi)并與蒸發(fā)器4緊貼以散熱。該微型制冷系統(tǒng)的工作原理是制冷劑氣體被壓縮機(jī)1壓縮，變成高溫高壓的氣體，進(jìn)入冷凝器2。在冷凝器2中， 由于高溫高壓氣體的溫度高于從冷凝器2風(fēng)扇送來的環(huán)境空氣的溫度，因此向環(huán)境空氣散 熱而冷凝成為制冷劑液體。在冷凝器2的出口，制冷劑氣體已完全變?yōu)橐后w。然后制冷劑 液體進(jìn)入電子膨脹閥3，壓力迅速降低，一部分液體散發(fā)出來，變成低壓低溫的氣液混合物。 此氣液混合物流入蒸發(fā)器4，其中的液體繼續(xù)蒸發(fā)，溫度進(jìn)一步降低。在蒸發(fā)過程中，不斷吸 收蒸發(fā)器4表面由電子元器件7傳遞過來的熱量，使電子元器件7的溫度降低，即產(chǎn)生制冷 效應(yīng)。至蒸發(fā)器4的出口，制冷劑液體已全部蒸發(fā)完畢，變成過熱蒸汽。此過熱蒸汽經(jīng)過過 濾器5又被壓縮機(jī)1吸入而進(jìn)行壓縮，如此循環(huán)往復(fù)，而源源不斷地產(chǎn)生冷量。壓縮機(jī)1的啟停由微電腦控制系統(tǒng)6的主控板61控制，根據(jù)蒸發(fā)器4表面溫度的 變化，自動調(diào)節(jié)壓縮機(jī)1的轉(zhuǎn)速和啟停，并具有必備的保護(hù)功能，維持整個系統(tǒng)安全穩(wěn)定運 行。壓縮機(jī)1的轉(zhuǎn)速可無級調(diào)節(jié)，通過給驅(qū)動板62提供一個(T5V的電壓信號，決定壓縮機(jī) 1的轉(zhuǎn)速當(dāng)給驅(qū)動板62的電壓為+5V時，壓縮機(jī)1以滿轉(zhuǎn)速運行；當(dāng)給驅(qū)動板62的電壓 為OV時，壓縮機(jī)1停止運行。微型壓縮機(jī)1是可變速壓縮機(jī)，其轉(zhuǎn)速在1000rpnT6500rpm 之間可連續(xù)調(diào)節(jié)，因此可精確調(diào)節(jié)蒸發(fā)器4的蒸發(fā)溫度。本實用新型的微型制冷器能夠有效地直接針對被冷卻部件降溫，熱流密度大；由 于采用微電腦控制系統(tǒng)，從而具有溫度可控、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，可輕易達(dá)到環(huán)境溫度以下， 不僅可以用于芯片的冷卻，也可以用于LED、光學(xué)組件等元器件的冷卻。以上所述僅為本實用新型的較佳可行實施例，非因此局限本實用新型的保護(hù)范 圍，故舉凡運用本實用新型說明書及圖示內(nèi)容所為的等效技術(shù)變化，均包含于本實用新型 的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述制冷器包括裝配在底板上的微 型壓縮機(jī)、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器、過濾器及微電腦控制系統(tǒng)；所述的微型壓縮機(jī)、冷 凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器和過濾器依次通過連接管密封連接，形成封閉的回路，制冷劑在 其中循環(huán)流動；所述蒸發(fā)器表面貼合被冷卻部件。
2、如權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述蒸發(fā)器表面與 被冷卻部件的接觸面涂抹有導(dǎo)熱硅脂。
3、如權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述冷凝器通過第 一連接管和第二連接管分別連接所述微型壓縮機(jī)和電子膨脹閥；所述蒸發(fā)器通過第三連接 管和第四連接管分別連接所述電子膨脹閥和過濾器，所述過濾器通過第五連接管連接微型 壓縮機(jī)。
4、如權(quán)利要求3所述的電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述第一、第二、第 三、第四及第五連接管為銅管。
5、如權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述微型壓縮機(jī)為 直流滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)，由所述控制系統(tǒng)的控制驅(qū)動。
6、如權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述冷凝器為平行 流式換熱器。
7、如權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述電子膨脹閥采 用電磁式電子膨脹閥或步進(jìn)電機(jī)式電子膨脹閥。
8、如權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述蒸發(fā)器是單流 體的換熱器。
9、如權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，其特征在于所述微電腦控制系 統(tǒng)包括固定于所述底板的主控板和驅(qū)動板。
專利摘要本實用新型涉及一種電子設(shè)備冷卻用微型制冷器，其包括裝配在底板上的微型壓縮機(jī)、冷凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器及微電腦控制系統(tǒng)；微型壓縮機(jī)、冷凝器、電子膨脹閥和蒸發(fā)器依次通過連接管密封連接，形成封閉的回路，制冷劑在其中循環(huán)流動；蒸發(fā)器表面貼合被冷卻部件。該制冷器能夠直接針對被冷卻部件降溫，熱流密度大；由于采用微電腦控制系統(tǒng)控制，從而具有溫度可控、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，可輕易達(dá)到環(huán)境溫度以下，不僅可以用于芯片的冷卻，也可以用于LED、光學(xué)組件等元器件的冷卻。
文檔編號F25B1/00GK201875995SQ20102060899
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者孫正軍 申請人:深圳市航宇德升科技有限公司